量子技術不再局限於實驗室，而是進入我們的日常生活。現在，它即將改變更加基本的東西：我們如何瀏覽世界。
想像一下，潛艇在海洋下行駛，不需要浮出水面以進行位置更新。
飛機以無法動搖的精度飛行，不受信號破壞的影響。
緊急響應者可以以完美的精度來駕駛充滿煙霧的建築物或地下隧道，而自動駕駛汽車則通過茂密的城市環境繪製了完美的課程。
這些場景聽起來像是科幻小說，但是通過稱為量子導航的新興方法可以使它們成為可能。
改變遊戲規則的技術將有一天會以我們才剛剛開始想像的方式重新定義運動，探索和連接性。那麼，這是什麼？
衛星導航是許多事物的核心
全球導航衛星系統（如GP）被深深地嵌入現代社會中。我們每天使用它們進行導航，訂購交貨和標記照片位置。但是它們的影響遠遠超出了便利性。
地球軌道中衛星的定時信號對股票市場交易進行了驗證，並有助於平衡電網。在農業中，衛星導航指導自動拖拉機和幫助召集牛。
緊急服務依靠導航衛星系統快速響應，減少了所需的時間達到需要的人。
儘管有收益，但像GP這樣的系統非常脆弱。衛星信號可以被卡住或乾擾。這可能是由於積極的戰爭，恐怖主義或合法（或違法）隱私問題所致。地圖像gpsjam展示實時干擾熱點，例如中東，俄羅斯和烏克蘭周圍的地區以及緬甸。
空間的環境也不是恆定的。太陽經常彈出巨大的等離子體球，導致我們所知道的。這些排放量撞到了地球的磁場，破壞了衛星和GPS信號。這些影響通常是暫時的，但也會造成重大損害，取決於風暴的嚴重程度。
全球導航衛星系統的停電不僅僅是不便 - 它將破壞我們最關鍵的基礎設施。
估計表明，GPS的損失只會花費美國經濟每天約10億美元（一筆15億美元），導致互連繫統之間的級聯故障。
量子導航到營救
在某些環境中，來自衛星的導航信號工作不太好。例如，他們不穿透水或地下空間。
如果您曾經嘗試在帶有摩天大樓的建築城市中使用Google地圖，那麼您可能會遇到問題。高建築物會導致信號反射降低準確性，並且信號在建築物內部被削弱或完全不可用。
這是量子導航可以在一天之內踏上的地方。
量子科學描述了小於原子的尺度的顆粒行為。它揭示了令人難以置信的效果，例如疊加 - 同時存在於多個狀態的粒子 - 糾纏（當粒子以無視經典理解的方式連接粒子時）。
這些影響是脆弱的，通常在觀察中崩潰，這就是為什麼我們在日常生活中沒有註意到它們的原因。但是，量子過程的非常脆弱也使它們可以作為精美的傳感器起作用。
傳感器是一種檢測周圍世界變化的設備，並將該信息變成我們可以測量或使用的信號。當我們走近它們時，請考慮自動門，或者對我們的觸摸做出響應的電話屏幕。
量子傳感器非常敏感，因為量子顆粒會對其環境的微小變化反應。與可能會錯過弱信號的普通傳感器不同，量子傳感器也非常擅長檢測時間，重力或磁場等最小變化。
它們的敏感性來自當周圍環境中的某些東西變化時量子狀態變化的變化，使我們能夠以比以前更高的精度來衡量事物。
此精度對於強大的導航系統至關重要。
我們的團隊正在研究使用量子傳感器來測量地球磁場進行導航的新方法。通過在鑽石中使用量子效應，我們可以實時檢測地球的磁場，並將測量值與預先存在的磁場圖，為GPS等衛星導航提供了彈性的替代方案。
由於磁信號不受干擾和在水下工作的影響，因此它們提供了有希望的備份系統。
導航的未來
導航的未來將集成量子傳感器，以提高位置精度（通過地球的磁場和重力場），改善方向（通過量子陀螺儀），並實現較高的時機（通過緊湊的原子鐘和互連的定時管理系統）。
這些技術有望補充，在某些情況下，這些技術為基於衛星的導航提供了替代方案。
但是，儘管量子導航的潛力很明顯，但使其成為實際現實仍然是一個重大挑戰。全球研究人員和公司正在努力完善這些技術，並在學術界，政府實驗室和行業正在進行重大努力。
初創企業和成熟參與者正在開發量子加速度計（測量運動的設備）和陀螺儀，但大多數仍在早期測試階段或專門應用中。
關鍵障礙包括減少量子傳感器的大小和功率需求，在受控實驗室設置之外提高其穩定性，並將其集成到現有的導航系統中。
成本是另一個障礙 - 當今的量子設備既昂貴又復雜，這意味著廣泛採用的範圍仍然是數年的。
如果可以克服這些挑戰，那麼量子導航可以以微妙但深刻的方式重塑日常生活。儘管量子導航不會在一夜之間替代GP，但它可能成為使世界發展的基礎設施的重要組成部分。
艾莉森·基利（Allison Kealy），創新行星研究所主任斯威本技術大學
